Що було до Великого вибуху?

Що викликало виникнення Всесвіту? Першопричина має бути особливою, вважають вчені. Але якщо приписувати початок Великому вибуху, напрошується питання: а що було до цього? Автор пропонує захоплююче міркування про початок часів.

Запитувати науку, що було до початку часів, подібно до питання «Ким ви були до народження»

— Наука дає нам змогу визначити, що сталося за одну трильйонну частку секунди після Великого вибуху.

— Але навряд чи колись дізнаємося, що викликало Великий вибух.

— Це викликає розчарування, але деякі речі невідомі. І це добре.

Давайте скажемо чесно: досить дивно думати про те, що історія Всесвіту почалася зі своєрідного дня народження 13,8 мільярда років тому. Це відповідає багатьом релігійним постулатам, згідно з якими космос був створений завдяки втручанню згори, хоча наука про це нічого не говорить.

Що сталося до початку часу?

Якщо все, що сталося, має причинно-наслідковий зв'язок, то що викликало виникнення Всесвіту? Щоб відповісти на дуже складне питання про Першопричину, у релігійних міфах про створення світу використовують те, що антропологи культури іноді називають «позитивним буттям» чи надприродним явищем. Оскільки у часу у якийсь момент у далекому минулому був початок, першопричина повинна бути особливою. Це має бути причина, явище, яке просто сталося, і йому ніщо не передувало.

Але якщо приписувати початок Великому вибуху, напрошується питання: а що було до цього? Коли ми маємо справу з безсмертними богами, це зовсім інша справа, тому що для них непідвладність часу не є питанням. Боги існують поза часом, а ми ні. Для нас немає такого поняття, як «до часу». Отже, якщо поставити питання, що відбувалося до Великого вибуху, воно буде певною мірою безглуздим, навіть якщо нам потрібно знайти сенс. Стівен Гокінг якось прирівняв його до питання «Що знаходиться на північ від Північного полюса?» А мені подобається фраза "Ким ви були до народження?"

Аврелій Августин висунув гіпотезу про те, що час і простір виникли разом із створенням світу. Для нього це був, звичайно, божий промисел. А для науки?

У науці ми, щоб зрозуміти, як Всесвіт зароджувався, розвивався і дорослішав, повертаємося назад у часі, намагаючись реконструювати те, що відбувалося. Подібно до палеонтологів, ми ідентифікуємо «скам'янілості», тобто залишки речовини з давно минулих днів, а потім з їх допомогою дізнаємося про різні фізичні явища, які існували в ті часи.

Ми впевнено виходимо з того, що Всесвіт розширюється протягом мільярдів років, і що цей процес триває зараз. У цьому разі «розширення» означає, що відстані між галактиками збільшуються; галактики віддаляються один від одного зі швидкістю, яка залежить від того, що було всередині Всесвіту в різні епохи, тобто яка матерія заповнювала простір.

Великий вибух не був вибухом

Коли ми говоримо про Великий вибух і розширення, ми уявляємо вибух, який започаткував усе. Тож ми його так і назвали. Але це невірне уявлення. Галактики віддаляються одна від одної, тому що їх буквально розводить розтяг самого простору. Подібно до еластичної тканини, простір розтягується і несе з собою галактики, як течія річки забирає з собою колоди. Так що галактики не можна назвати уламками, що розлітаються від вибуху. Не було ніякого центрального вибуху. Всесвіт розширюється в усіх напрямках, і він цілком демократичний. Кожна точка важлива однаково. Хтось у далекій галактиці бачить віддалення інших галактик так само, як і ми.

(Примітка: У близьких до нас галактик є відхилення від цього космічного потоку, які називаються «локальним рухом». Це викликано гравітацією. Наприклад, Туманність Андромеди наближається до нас.)

Повернення у минуле

Якщо крутити космічне кіно назад, ми побачимо, як матерія все більше і більше здавлюється в просторі, що скорочується. Температура зростає, тиск збільшується і починається розпад. Молекули розпадаються на атоми, атоми на ядра та електрони, атомні ядра на протони та нейтрони, а потім протони та нейтрони на кварки. Таке послідовне розкладання матерії на базові та елементарні складові частини відбувається у міру того, як годинник цокає у зворотному напрямку у бік вибуху.

Наприклад, атоми водню розпадаються приблизно за 400 000 років до Великого вибуху, ядра атомів приблизно за одну хвилину, а протони з нейтронами за соту частку секунди (при перегляді у зворотному напрямку, звичайно). Звідки нам це відомо? Ми знайшли залишки радіації з того часу, коли сформувалися перші атоми (реліктове мікрохвильове фонове випромінювання), і з'ясували, як виникли перші ядра легких атомів, коли Всесвіту було лише кілька хвилин від народження. Це якраз ті космічні скам'янілості, які показують нам шлях у зворотному напрямку.

В даний час ми в ході експериментів можемо змоделювати умови, що існували в той момент, коли вік Всесвіту складав одну трильйонну частку секунди. Нам це може здатися дуже малою величиною, проте для світлової частки фотона це тривалий час, що дозволяє йому пролетіти відстань, що в трильйон разів перевищує діаметр протона. Коли ми говоримо про ранній Всесвіт, нам слід забути про людські мірки та уявлення про час.

Безумовно, ми хочемо якомога ближче підібратися до моменту, коли час дорівнював 0. Але в якийсь момент ми втикаємося в стіну незнання і можемо лише екстраполювати свої нинішні теорії в надії на те, що вони дадуть нам хоч якісь натяки на те, що відбувалося на початку часу, за таких енергій і температур, які ми не можемо створити в лабораторії. Але одне ми знаємо напевно. Коли час близький до 0, наша нинішня теорія про властивості простору та часу, якою є загальна теорія відносності Ейнштейна, не діє.

Це сфера квантової механіки, у якій відстані настільки малі, що ми маємо уявляти собі простір не як безперервний лист, а як зернисту структуру. На жаль, ми не маємо якісної теорії, яка описує таку зернистість простору, як немає і фізичних законів гравітації в квантовому масштабі (відомої як квантова гравітація). Кандидати, звичайно, є, наприклад, теорія суперструн та петлева квантова гравітація. Але нині немає доказів того, що вони чітко описують фізичні явища.

Квантова космологія не дає відповіді на запитання

Проте допитливість людини вимагає наблизити межі до нульового значення часу. Що можна сказати? У 1980-х роках Олександр Віленкін, Андрій Лінде та Джеймс Гартл зі Стівеном Гокінгом запропонували три моделі квантової космології, в яких Всесвіт існує як атом, а рівняння схоже на те, що використовується у квантовій механіці. У цьому рівнянні всесвіт є хвилею ймовірності, яка по суті справи пов'язує позачасову квантову область з класичною, де є час, тобто з всесвітом, в якому ми живемо, і який зараз розширюється. Перехід від кванта до класики буквально означає виникнення космосу, що ми називаємо Великим вибухом. Таким чином, Великий вибух є безпричинною квантовою флуктуацією, такою самою випадковою, як радіоактивний розпад: від відсутності часу до його присутності.

Якщо виходити з того, що одна з цих простих моделей є вірною, чи буде вона науковим поясненням Першопричини? Чи можемо взагалі позбутися необхідності існування причини, користуючись ймовірностями квантової фізики?

На жаль, ні. Звичайно, така модель стала б вражаючим інтелектуальним подвигом. Це був би колосальний крок уперед у розумінні походження всього. Але цього не достатньо. Наука не може існувати у вакуумі. Їй потрібен понятійний апарат, такі поняття, як простір, час, матерія, енергія. Їй потрібні розрахунки, потрібні закони збереження таких величин, як енергія та кількість руху. З ідей хмарочос не збудуєш, як не створиш модель без понять та законів. Вимагати від науки «пояснень» Першопричини — все одно, що просити її пояснити власну структуру. Це прохання представити наукову модель, в якій не використовуються прецеденти, немає більш ранніх концепцій, якими можна оперувати. Наука не може цього зробити, як людина не може думати без мозку.

Загадка Першопричини залишається нерозгаданою. Як відповідь можна вибрати релігію та віру, а ще можна вважати, що наука з часом все розгадає. Ми також можемо, подібно до давньогрецького скептика Піррону, смиренно визнати, що існують межі нашого пізнання. Ми можемо радіти досягнутому і продовжувати осягати, усвідомлюючи при цьому, що немає потреби знати все і розуміти все. Достатньо того, що ми продовжуємо допитливо цікавитись.

Допитливість без загадки сліпа, а загадка без допитливості ущербна.